Виды автомобильных двигателей

Любой автоинженер начинает строить автомобиль с выбора двигателя. Эти агрегаты не только приводят автомобиль в движение, но и определяют качество езды. В процессе десятилетий разработок производители изобрели различные типы автомобильных двигателей, чтобы привнести инновации и эффективность в казалось бы такой давно придуманный механизм как мотор.

Эволюция автомобильных двигателей шла рука об руку с эволюцией новых моделей и типов автомобилей. Проще говоря, за этим стоит большая история. Сегодняшние автомобильные двигатели сложны и специально разработаны для удовлетворения потребностей различных клиентов.

Некоторые люди предпочитают большую мощность, в то время как другие больше заботятся о топливной экономичности. Чтобы удовлетворить потребности всех типов клиентов, автопроизводители за последние несколько десятилетий разработали целый ряд различных типов двигателей. Сегодня, чтобы расширить ваши знания о двигателях, мы расскажем о каждом из существующих типов автомобильных моторов и покажем чем одни лучше других.

Содержание:

• Сколько видов автомобильных двигателей существует?
• Типы автомобильных двигателей
• Конфигурации ДВС
• Ограничение двигателей внутреннего сгорания
• Будущее автомобильных двигателей

Сколько типов автомобильных двигателей существует?

Технология автодвигателей прошла долгий путь с момента их появления в 1885 году. Они вышли за рамки простого парового мотора и превратились в более сложное и замысловатое инженерное произведение.

Тем не менее, все варианты, которые вы видите, относятся к следующим категориям:

• Двигатели внутреннего сгорания
• Электрическая силовая установка
• Гибридные установки

Эти три категории породили разнообразные конструкции и воплощения. Постоянная гонка по производству более эффективных силовых агрегатов и соблюдению экологических норм сделала их лучше. Хотя современные двигатели похожи на те, что были десятилетия назад, они отличаются друг от друга по технологиям и эффективности. Новые нормы ужесточили требования к производителям, что неизбежно привело к появлению более эффективных моделей, способных выжимать больше мощности с каждого грамма топлива.

Типы моторов для автомобилей

• Двигатели внутреннего сгорания

Этот силовой агрегат является одним из самых распространенных и универсальных, используемых сегодня. Он начал свою жизнь как одноцилиндровый двухтактный мотор в 19 веке и эволюционировал в различные конфигурации. Производители продолжают совершенствовать этот тип двигателя для повышения мощности и эффективности чтобы конкурировать с гибридными и электроустановками.

Двигатели внутреннего сгорания производят энергию за счет сгорания топлива в контролируемой камере. Затем мощность передается на колеса через трансмиссию. Вкратце так можно описать работу любого бензинового или дизельного мотора.

Среди трех типов автомобильных двигателей, перечисленных выше, это единственный тип, который использует исключительно ископаемое топливо - нефть. Это может быть бензин, газ или дизель, в зависимости от типа сгорания. Это приводит нас к двум основным видам двигателей внутреннего сгорания.

Виды двигателей внутреннего сгорания

• Двигатели с воспламенением от искры
• Моторы с воспламенением от сжатия

Двигатели с системой зажигания

Ревущий звук, который вы часто слышите в суперкарах, исходит именно от этих двигателей, хотя и с некоторыми модификациями. Ими оснащается большая часть автомобилей с силовыми агрегатами внутреннего сгорания.

Этот тип двигателя имеет цилиндры или камеры сгорания, в которых происходит реакция воздух-топливо. Инжекторы (или карбюратор в старых моторах) подают топливо в камеру, а впускные клапаны позволяют определенному количеству воздуха смешиваться с топливом.

Затем свеча зажигания поджигает смесь, вызывая ее горение. В результате этой реакции выделяется огромная энергия, которая толкает поршень в камере вниз. Это действие вращает маховик через соединение с коленчатым валом и далее крутящий момент переходит на колеса.

На этом этапе мы должны перечислить компоненты для ясности и легкого отличия от других типов автомобильных двигателей. Составные части следующие:

• Цилиндры: В этих камерах происходит процесс сгорания топлива
• Впускные клапаны: Впускают воздух в камеру сгорания
• Инжекторы или карбюраторы: Впрыскивают дозированное топливо в камеру
• Свечи зажигания: Воспламеняют топливовоздушную смесь
• Выхлопные клапаны: Удаляют сгоревшую смесь
• Поршни: Передают направленную вниз силу сгорания на коленчатый вал
• Коленчатый вал: Преобразует вертикальное движение поршней в круговое движение.
• Маховик: Переносит энергию от двигателя и соединяется с трансмиссией.

Основным компонентом двигателей с системой зажигания является свеча зажигания. Без нее не будет сгорания и выработки энергии.

Эти силовые агрегаты используют более легкую форму нефти - бензин, для создания необходимой мощности. Как следствие, они быстрее сгорают и требуют более частой дозаправки. Давайте посмотрим, как обстоят дела с дизельным аналогом.

Двигатели с воспламенением от сжатия

Этот тип схож с мотором, использующим искровое зажигание. В нем используется камера сгорания и все остальные компоненты, но отсутствуют свечи зажигания.

Процесс поджигания топлива здесь происходит за счет комбинации тепла, воздуха и давления. Как только давление от поршня достигает заданного значения, происходит воспламенение топливовоздушной смеси.

Легкие нефтепродукты, такие как бензин, не могут сгорать под давлением. Поэтому в двигателях с воспламенением от сжатия используются более тяжелые продукты, среди которых, наибольшей популярностью пользуется дизельное топливо. Остальная часть процесса от сгорания до приведения в действие трансмиссии, остается неизменной. Однако использование дизельного топлива имеет некоторые преимущества.

Дизель - более тяжелый углеводород и сгорает гораздо медленнее, чем бензин. Поэтому частота дозаправки ниже, чем у вариантов с искровым зажиганием. Кроме того, дизельные агрегаты производят больше мощности на каждый грамм топлива в сравнении с бензиновыми решениями. Поэтому они используются в грузовых автомобилях и транспортных средствах большой грузоподъемности.

Варианты с компрессией и искровым зажиганием являются одними из самых распространенных типов автомобильных двигателей, которые можно встретить на дорогах. Однако новые правила постепенно выводят их из употребления - подробнее об этом чуть позже.

Конфигурации ДВС

Силовые агрегаты внутреннего сгорания имеют различные конфигурации в зависимости от разработанной производителем конструкции. Каждая конфигурация, основанная на расположении цилиндров, имеет уникальные преимущества и ограничения.

Конфигурации двигателей внутреннего сгорания:

Рядные двигатели

Эта конфигурация является самой простой из всех. Простота и легкость сборки делают ее конструкцией выбора для производителей автомобильных двигателей типа сгорания.

Цилиндры расположены по прямой линии и часто называются "прямыми двигателями". Они могут располагаться параллельно или перпендикулярно относительно автомобиля, в зависимости от компоновки. В любом случае, их компактность дает им преимущество перед другими конфигурациями.

Такие двигатели распространены в автомобилях начального уровня, включая хэтчбеки и седаны. Они потребляют меньше топлива и часто обладают наименьшей мощностью, наряду с другими типами автомобильных двигателей. Однако такие дополнительные устройства, как турбокомпрессоры, могут сравнять их производительность в сравнении со следующими конфигурациями.

V-образные двигатели

В этой конфигурации цилиндры образуют V-образную форму с равным количеством циллиндров по обе стороны формы. Они мощные и присутствуют почти во всех высокопроизводительных автомобилях. V-образные двигатели имеют некоторые преимущества перед прямыми вариантами.

Производители могут добавлять больше цилиндров, сохраняя при этом компактный вид. Они все еще могут получить невероятную мощность, даже при своих небольших размерах.

Несмотря на это, V-образные двигатели переносят больше вибраций, чем другие типы автомобильных двигателей. Но это не помешало им стать источником энергии для спортивных автомобилей и гиперкаров и вызывать восторг у миллионов автомобильных фанатов на каждом континенте.

W-образные двигатели

Двигатель W-образной конструкции впервые появился в 1909 году, когда трехконтурный двигатель Anzani был использован для приведения в движение аэроплана Blériot XI для пересечения Ла-Манша. Однако первое коммерческое использование этого двигателя в автомобильной промышленности было осуществлено компанией Volkswagen. Существует три различных конфигурации W-образного (или двойного V-образного) мотора:

• Первая конфигурация состоит из трех блоков цилиндров, имеющих общий коленчатый вал. Из-за сходства с британской маркой Broad Arrow она также известна как конфигурация Broad Arrow.
• Вторая конфигурация состоит из четырех блоков цилиндров, имеющих общий коленчатый вал. Этот двигатель также известен как "double-V".
• Третья и последняя конфигурация - это двигатель с двумя банками цилиндров и двумя коленчатыми валами.

W-образные двигатели в основном используются в автомобилях концерна Volkswagen. Bugatti Veyron - самый известный пример автомобиля с мотором этой конфигурации (W16).

Оппозитные двигатели (Flat Head)

Плоская конфигурация - это последний и менее распространенный тип двигателя внутреннего сгорания. В этой конструкции цилиндры расположены горизонтально по обе стороны от коленчатого вала.

Плоские двигатели имеют низкий центр тяжести, что значительно улучшает управляемость. Однако они более дорогие и сложные в производстве. Лишь несколько автомобильных марок все еще производят их, включая Subaru и Porsche - делая лучшие оппозитные моторы, выдающие особый и неповторимый звук.

Ограничения двигателей внутреннего сгорания

Сегодня ДВС имеют следующие ограничения:

• Выбросы

Несмотря на гигантские успехи в их разработке, двигатели внутреннего сгорания не избавлены от вредных выбросов. В связи с глобальным потеплением, занимающим большую часть дискуссий о климате, их использование постепенно сокращается. Большинство продвинутых стран планируют постепенно отказаться от этих силовых агрегатов к 2050 году.

В идеале двигатели внутреннего сгорания должны производить CO2 и воду после сгорания. Часто это не так, что приводит к образованию СО - токсичного газа в атмосфере Земли.

• Высокие эксплуатационные расходы

Двигатели внутреннего сгорания требуют регулярного обслуживания для поддержания их в рабочем состоянии. Часто водители должны менять масла для предотвращения поломок. И расходы на обслуживание с ужесточением норм выбросов, а впоследствии увеличением сложности двигателей, могут быстро стать значительными и склонить покупателей к альтернативам ДВС.

• Электрические двигатели

Несмотря на то, что только недавно в мире началось внедрение электромобилей, эта технология появилась еще в 19 веке. Новый толчок был сделан в попытке сократить выбросы парниковых газов уже в 21 веке.

Использование этих типов автомобильных двигателей, кажется, полностью исключает выбросы от двигателей. Хотя это действительно так, электромобили вполне могут стать будущим автомобилей.

В отличие от двигателя внутреннего сгорания, электромобили имеют простую архитектуру. Это подводит нас к основным компонентам электрических двигателей, которые выглядят следующим образом:

Электродвигатели: Вместо камер сгорания, которые приводят в движение коленчатый вал, электромоторы приводят в движение колеса. Некоторые производители могут использовать электродвигатели для каждого колеса или два - для переднего и заднего. Кроме того, они могут быть как переменного, так и постоянного тока; выбор определяет необходимость использования инвертора.

Инвертор: Этот компонент преобразует постоянный ток от батарей в переменный для привода двигателей. Он необходим только в том случае, если двигатели работают от сети переменного тока.

Аккумулятор: В обычных автомобильных двигателях для получения необходимой мощности используется смесь топлива и воздуха. В электромобиле энергию для привода двигателей "отдают" аккумуляторы.Электрические двигатели являются отличительной чертой большинства экологически чистых автомобилей из-за отсутствия вредных выбросов.

• Гибридные двигатели

Одно можно сказать наверняка, читаете ли вы эту статью с мобильного или ноутбука - аккумулятор вашего устройства разрядится, если вы не будете его заряжать. То же самое неизбежно происходит и с электрическими двигателями.

Чтобы решить эту проблему, производители придумали способ заряжать аккумуляторы во время движения. Это привело к появлению гибридного двигателя - комбинации двигателя внутреннего сгорания и электрического двигателя (чаще всего).

Помимо сочетания лучших свойств аккумуляторов и двигателей внутреннего сгорания, гибридные конструкции имеют ряд преимуществ. Одно из них - снижение выбросов вредных веществ по сравнению с двигателями внутреннего сгорания. Другим преимуществом является мгновенное ощущение прироста крутящего момента, которое дают электродвигатели. Несмотря на развитие технологий, двигатели внутреннего сгорания отстают в первые секунды разгона.

Производители многих суперкаров сейчас используют гибридные двигатели, чтобы получить мгновенный крутящий момент и сохранить мощность двигателей внутреннего сгорания.

Гибридная силовая установка занимает уникальное место среди различных типов автомобильных двигателей. Основным движущим фактором может быть как двигатель внутреннего сгорания, так и электромоторы.

Следовательно, гибридные двигатели имеют различные конфигурации. В городских автомобилях в качестве основного движущегося элемента используются электродвигатели, а в спортивных автомобилях основной "силой движения" являются ДВС.

Будущее автомобильных двигателей

Современная тенденция показывает, что электрическая энергия превзойдет, и в конечном итоге заменит другие типы автомобильных двигателей. Она продемонстрировала огромный потенциал для развития транспортного сектора.

К многочисленным преимуществам электрических двигателей относятся:

• Сокращение или отсутствие выбросов.
• Минимальное шумовое воздействие.
• Снижение зависимости от нефти и нефтепродуктов.
• Гибкость конструкции построения автомобиля.

Несмотря на многочисленные преимущества, электрические двигатели не лишены ограничений. Стоимость производства аккумуляторных батарей растет, и возникают опасения по поводу добычи полезных ископаемых.

Кроме того, производство батарей загрязняет окружающую среду больше, чем двигатели внутреннего сгорания. Но будущие технологические разработки скорее всего сделают добычу и производство батарей более экологичными и повысят их эффективность, оставив позади текущие разработки ДВС.

Что в итоге?

Автомобили прошли долгий путь развития, и одним из основных направлений является разработка новых типов автомобильных двигателей.

Инновации продолжаются, и пока что двигатели внутреннего сгорания все ещё самые долговечные и распространенные в мире. и хоть в продвинутых странах от них начинают отказываться, в странах третьего мира ДВС еще долго будут использоваться.

В будущем мы будем наблюдать инновации во всех трех конфигурациях автомобильных двигателей. Независимо от того, будет ли у нас больше электромобилей или других типов моторов, в основе любой новой разработки будут лежать нормы выбросов и эффективность.

Увидимся в бущущем!

Подписывайтесь на наши соцсети

Автор: Максим Перепелица